一种用于旋转靶材的钛背管的制备方法与流程

1.本发明涉及溅射靶材技术领域，具体为一种用于旋转靶材的钛背管的制备方法。


背景技术：

2.管状靶材即把靶材做成管子形状，管子里面装有静止不动的磁体。溅射过程中，管靶以一定的速度转动，所以也被称为旋转靶材。由于转动的旋转靶材和静止不动的磁体之间发生相对运动，使得整个旋转靶材表面均匀地发生溅射，靶材材料的利用率可以高达70％以上。与平面靶材相比，旋转靶材具有利用率高、镀膜连续性好、镀膜成分均匀等优点，是理想的溅射靶材，市场需求量巨大。随着镀膜行业从使用平面靶材向使用旋转靶材转变，旋转靶材正在成为磁控溅射设备的标准选材。
3.旋转靶材通常由一个内管和一个外管组成，外管也叫靶管，其材质是溅射制备薄膜所需要的材质，而内管在靶管的背后起到支撑作用，所以也叫背管，通常选用材质为不锈钢或者其他硬质金属材质的管材作为背管。
4.cn202111241638.0公开了一种靶材背管，涉及靶材加工技术领域，其技术方案要点是：包括背管本体与两个对接头，所述对接头的半径大于背管本体的半径，所述对接头上设置有用于与背管本体端部对接的连接部，两所述对接头的连接部通过外接固定方式分别固定连接于背管本体的两端上。通过将对接头利用连接部与背管本体连接，即可成型靶材背管，从而无需对靶材背管中间段进行切割，降低材料浪费程度，具有提高资源利用率的效果。
5.真空电子束焊接一般将工件装夹在可直线移动或旋转的工作台上，对于管状的工件，一般采取旋转的形式，所以，上述的技术方案在通过背管选取后就进行了背管两端的车削、焊接、热压处理工序，没有对背管的壁厚进行控制，在进行电子束焊接时也没有对转速和电流进行控制，不能保证焊接后的接头强度。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种用于旋转靶材的钛背管的制备方法，该方法采用了无缝钛管，在无缝钛管上分别进行内径和外表面加工，并且在内径和外表面加工的过程中采用了中心架和跟刀架来保证钛管壁厚的均匀性，通过热处理来增加钛管的塑性，然后进行校直，通过设置特定的转速和电流，在电子束焊接设备内进行焊接，保证焊接效果和焊接头强度。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种用于旋转靶材的钛背管的制备方法，包括以下步骤：
9.步骤(1)：将无缝钛管的一端采用三爪中空卡盘固定在机床上，在钛管的中部、另一端部分别采用带滚轮的中心架压紧钛管的外表面，加工内径；
10.步骤(2)：将步骤(1)中加工好的钛管固定在数控机床上，加工钛管的外表面，加工过程中采用跟刀架紧跟刀具；
11.步骤(3)：将步骤(2)中加工好的钛管放入热处理炉中进行热处理；热处理的温度
为600-800℃，热处理时间为2-4h；
12.步骤(4)：热处理完成后，采用液压校平机对钛管两端进行固定，对钛管进行校直；
13.步骤(5)：在钛管的两端分别装配法兰、螺纹堵头，装配完成后固定在真空电子束焊接设备内进行抽真空后，使钛管绕轴心以转速3.5-4rpm旋转，再以74500-75500v的电压、2-4a的电流对法兰、螺纹堵头进行焊接；
14.步骤(6)：对步骤(5)焊接好的钛管进行气密性检测，焊缝抛光。
15.在上述的制备方法，所述步骤(1)中，滚轮与钛管之间涂抹润滑油。
16.在上述的制备方法，所述步骤(1)中，加工内径时，进刀量为0.2-0.4mm包括但不限于0.2mm、0.3mm、0.4mm，卡盘转速为200-300rpm包括但不限于200rpm、210rpm、220rpm、230rpm、240rpm、250rpm、260rpm、270rpm、280rpm、290rpm、300rpm，走刀速度为40-60mm/min包括但不限于40mm/min、45mm/min、50mm/min、55mm/min、60mm/min。
17.在上述的制备方法，所述步骤(2)中，加工外表面时，包括粗加工，所述粗加工进刀量为0.3-0.5mm包括但不限于0.3mm、0.4mm、0.5mm，卡盘转速为100-200rpm，包括但不限于100rpm、110rpm、120rpm、130rpm、140rpm、150rpm、160rpm、170rpm、180rpm、190rpm、200rpm，走刀速度为20-40mm/min包括但不限于20mm/min、25mm/min、30mm/min、35mm/min、40mm/min。
18.在上述的制备方法，所述步骤(2)中，加工外表面时，还包括精加工，所述精加工进刀量为0.1-0.2mm包括但不限于0.1mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm、0.15mm、0.16mm、0.17mm、0.18mm、0.19mm、0.2mm，卡盘转速为100-200rpm包括但不限于100rpm、110rpm、120rpm、130rpm、140rpm、150rpm、160rpm、170rpm、180rpm、190rpm、200rpm，走刀速度为20-40mm/min包括但不限于20mm/min、25mm/min、30mm/min、35mm/min、40mm/min。
19.在上述的制备方法，所述步骤(3)中，所述步骤(3)中，热处理的温度为600-800℃包括但不限于600℃、650℃、700℃、750℃、800℃，热处理时间为2-4h包括但不限于2h、3h、4h。
20.在上述的制备方法，所述步骤(4)中，液压校平机的固定压力为20-25吨包括但不限于20吨、21吨、22吨、23吨、24吨、25吨；校直压力为20-25吨包括但不限于20吨、21吨、22吨、23吨、24吨、25吨。
21.在上述的制备方法，所述步骤(5)中，真空电子束焊接设备焊接的电压为74500-75500v包括但不限于74500v、75000v、75500v，电流为2-4a包括但不限于2a、3a、4a。
22.在上述的制备方法，所述步骤(5)中，钛管在真空电子束焊接设备内的转速为3.5-4rpm包括但不限于3.5rpm、3.6rpm、3.7rpm、3.8rpm、3.9rpm、4rpm。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.本发明采用了带滚轮的中心架对钛管中部和另一端部分进行了压紧，在对内孔切削时，保证了钛管旋转的稳定性，加上采用了跟刀架紧跟刀具来保证外表面切削时钛管旋转的稳定性，在加工后得到的钛管的壁厚均匀性更好，然后通过热处理来增加钛管的塑性，再进行校直，通过设置特定的转速和电流，在电子束焊接设备内进行焊接，保证焊接效果和焊接后的接头强度。
具体实施方式
25.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例1
27.实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
28.一种用于旋转靶材的钛背管的制备方法，包括以下步骤：
29.步骤(1)：将外径为d135mm，内径为d123mm，长度为3400mm的无缝钛管的一端采用三爪中空卡盘固定在机床上，在钛管的中部、另一端部分别采用带滚轮的中心架压紧钛管的外表面，滚轮与钛管之间涂抹润滑油，加工内径，将内径从d123mm加工至d125mm，加工时进刀量为0.2mm，卡盘转速为240rpm，走刀速度为50mm/min，将钛管长度修整至3340mm；
30.步骤(2)：将步骤(1)中加工好的钛管固定在数控机床上，加工钛管的外表面，将钛管的外径从d135mm加工至d133mm，加工过程中采用跟刀架紧跟刀具，粗加工时进刀量为0.3mm，卡盘转速为180rpm，走刀速度为35mm/min；精加工时进刀量为0.15mm，卡盘转速为180rpm，走刀速度为35mm/min；
31.步骤(3)：将步骤(2)中加工好的钛管放入热处理炉中进行750℃热处理3h；
32.步骤(4)：热处理完成后，采用液压校平机以20吨压力对钛管两端进行固定，以20吨压力对钛管进行校直；
33.步骤(5)：在钛管的两端分别装配法兰、螺纹堵头，装配完成后固定在真空电子束焊接设备内进行抽真空后，使钛管绕轴心以转速4rpm旋转，再以75000v的电压、3a的电流对法兰、螺纹堵头进行焊接；
34.步骤(6)：对步骤(5)焊接好的钛管进行气密性检测，焊缝抛光。
35.在本实施例中，所述步骤(3)中热处理的作用是使钛管在保证一定硬度的前提下具有良好的塑性，如果热处理时间太长或者温度太高，会使钛管失去强度，不能起到原有的旋转靶材支撑作用；如果时间太长，则会导致钛管塑性不够，在步骤(4)校直时引起严重反弹，导致校直失败。但是经过热处理后，钛管会发生翘曲，此时需要经过步骤(4)将钛管校直，在校直后需要经过表分表测试来保证钛管的直线度。
36.实施例2
37.与实施例1基本相同，区别在于，步骤(5)中钛管的转速为3.5rpm，电流为2a。
38.实施例3
39.与实施例1基本相同，区别在于，步骤(5)中钛管的转速为4rpm，电流为4a。
40.实施例4
41.与实施例1基本相同，区别在于，步骤(3)中热处理的温度为800℃，热处理时间为2h。
42.实施例5
43.与实施例1基本相同，区别在于，步骤(3)中热处理的温度为600℃，热处理时间为4h。
44.对比例1
45.与实施例1基本相同，区别在于，步骤(1)中，仅在钛管另一端部采用带滚轮的中心架压紧钛管的外表面。
46.对比例2
47.与实施例1基本相同，区别在于，与实施例1基本相同，区别在于，步骤(5)中钛管的转速为4rpm，电压75000v，电流5a。
48.对比例3
49.与实施例1基本相同，区别在于，步骤(5)中钛管的转速为5rpm，电压75000v，电流3a。
50.对比例4
51.与实施例1基本相同，区别在于，步骤(3)中热处理的温度为500℃，热处理时间为3h。
52.对比例5
53.与实施例1基本相同，区别在于，步骤(3)中热处理的温度为900℃，热处理时间为3h。
54.分别采用实施例1-5和对比例1-5中所述的一种用于旋转靶材的钛背管的制备方法所制得的钛背管进行性能测试，结果如表1所述。
55.表1实施例1-5和对比例1-5的性能测试结果
[0056][0057]
结果分析：由上述结果可知，本发明通过对钛管壁厚均匀性进行控制，然后在真空电子束焊接设备内进行转速3.5-4rpm、电压74500-75500v、电流2-4a进行焊接能够提高焊接后的接头强度。由实施例1-3和对比例1-3的结果可知，本发明在钛管的中部、另一端部分别采用带滚轮的中心架压紧钛管的外表面能够更好地保证壁厚的均匀性，对比例1因为只
在另一端进行了中心架的固定，所以对比例1的壁厚均匀性较差，所以在焊接时，壁厚小的地方会因为电流过大而发生局部融化，壁厚大的地方则会达不到焊缝，都会对焊接后的接头强度造成影响，并且在焊接时，转速过快也会导致达不到焊缝，影响焊接后的接头强度；转速过慢会使熔池过深，导致焊接的材料来不及冷却，也会影响焊接后的接头强度。所以本发明所设置的转速3.5-4rpm、电压74500-75500v、电流2-4a能够提高焊接后的接头强度。由实施例1、4、5和对比例4、5的结果可知，热处理的温度对加工后的钛管的表面粗糙度的影响并不大，但是温度越高、处理时间越长会使钛管硬度变低，失去强度，在后续加工中会发生形变，导致在焊接时不均匀，影响焊接后的接头强度；而温度过低，则会导致钛管塑性不够，导致校直失败，在焊接时也会导致焊接不均匀，影响焊接后的接头强度。

技术特征：
1.一种用于旋转靶材的钛背管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：将无缝钛管的一端采用三爪中空卡盘固定在机床上，在钛管的中部、另一端部分别采用带滚轮的中心架压紧钛管的外表面，加工内径；步骤(2)：将步骤(1)中加工好的钛管固定在数控机床上，加工钛管的外表面，加工过程中采用跟刀架紧跟刀具；步骤(3)：将步骤(2)中加工好的钛管放入热处理炉中进行热处理；热处理的温度为600-800℃，热处理时间为2-4h；步骤(4)：热处理完成后，采用液压校平机对钛管两端进行固定，对钛管进行校直；步骤(5)：在钛管的两端分别装配法兰、螺纹堵头，装配完成后固定在真空电子束焊接设备内进行抽真空后，使钛管绕轴心以转速3.5-4rpm旋转，再以74500-75500v的电压、2-4a的电流对法兰、螺纹堵头进行焊接；步骤(6)：对步骤(5)焊接好的钛管进行气密性检测，焊缝抛光。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，滚轮与钛管之间涂抹润滑油。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，加工内径时，进刀量为0.2-0.4mm，卡盘转速为200-300rpm，走刀速度为40-60mm/min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，加工外表面时，包括粗加工，所述粗加工进刀量为0.3-0.5mm，卡盘转速为100-200rpm，走刀速度为20-40mm/min。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，加工外表面时，还包括精加工，所述精加工进刀量为0.1-0.2mm，卡盘转速为100-200rpm，走刀速度为20-40mm/min。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，液压校平机的固定压力为20-25吨；校直压力为20-25吨。

技术总结
本发明涉及溅射靶材技术领域，提供了一种用于旋转靶材的钛背管的制备方法，包括以下步骤：将无缝钛管的一端采用三爪中空卡盘固定在机床上，用带滚轮的中心架压紧钛管的外表面，加工内径；将加工好的钛管固定在数控机床上，加工钛管的外表面，加工过程中采用跟刀架紧跟刀具；放入热处理炉中进行热处理；然后采用液压校平机对钛管进行校直；装配法兰、螺纹堵头，抽真空后，对法兰、螺纹堵头进行焊接；最后气密性检测，焊缝抛光。本发明通过采用带滚轮的中心架和跟刀架来对钛管的内径和外表面进行加工，加工后钛管壁厚均匀性更好，再通过热处理和校直后，通过设置特定的转速和电流，在电子束焊接设备内进行焊接，保证焊接效果和焊接后的接头强度。的接头强度。


技术研发人员：黄宇彬 谭雪清 童培云
受保护的技术使用者：先导薄膜材料（安徽）有限公司
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/9/7